聚（ADP-核糖）聚合酶1; PARP1

聚（ADP-核糖）聚合酶；PPOL； PARP
聚（ADP-核糖）合成酶
ADP-核糖基转移酶； ADPRT
ADPRT1

HGNC 批准的基因符号：PARP1

细胞遗传学位置：1q42.12 基因组坐标（GRCh38）：1:226,360,691-226,408,093（来自 NCBI）

▼ 说明

染色质相关酶聚（ADP-核糖）聚合酶（ADPRT；EC 2.4.2.30）使用 NAD 作为底物催化 ADP-核糖共价转移至多种核蛋白受体，并随后将另外 60 个核糖转移至核蛋白受体。初始部分有 80 个 ADP-核糖单位。主要被聚（ADP-核糖基）化的核蛋白包括核小体核心组蛋白、组蛋白 H1（参见 142711）、HMG 蛋白（参见 163910）以及拓扑异构酶 I（126420）和 II（参见 126430）。细胞修复需要 ADP 核糖基转移酶。这种酶的抑制剂会增强有毒物质的致命作用。在修复过程中，NAD+ 被消耗，细胞中的 NAD+ 含量减少。同时，核蛋白被 ADP 核糖基化。该酶由 DNA 中的单链断裂诱导，作为反应的共底物（Alkhatib 等人总结，1987）。

▼ 克隆与表达

阿尔哈提卜等人（1987）从人肝癌 lambda 文库中分离出该酶的 cDNA 克隆并研究了其表达。 Kurosaki 等人使用基于聚（ADP-核糖）的部分氨基酸序列的合成寡核苷酸探针（1987）对该酶的 cDNA 克隆进行了分离和测序。开放阅读框编码含有 1,013 个氨基酸残基、分子量为 113,203 Da 的蛋白质。

▼ 基因功能

洛彻尔等人（1987）提出聚（ADP-核糖）可能向染色质发出代谢条件改变的信号。他们提出这一建议是因为发现哺乳动物细胞中染色质蛋白翻译后多聚（ADP-核糖）修饰的组成水平与 NAD 的可用性有关，而 NAD 在不同的生理和病理状态下会有所不同。

ADP-核糖基化是蛋白质的真核翻译后修饰，由 DNA 链断裂的存在强烈诱导，并在 DNA 修复和细胞从 DNA 损伤中恢复中发挥作用。 Grube 和 Burkle（1992）发现聚（ADP-核糖）聚合酶（或 PARP）的活性和寿命之间存在很强的正相关性（r = 0.84；P 远小于 0.001），例如，人类细胞的寿命约为 5 倍大鼠细胞的活性。研究的细胞是单核白细胞。 Grube 和 Burkle（1992）提出，较高的聚（ADP-核糖基）化能力可能有助于有效维持基因组完整性。

于等人（2002）证明 PARP1 激活是凋亡诱导因子（AIF; 300169）从线粒体易位到细胞核所必需的，并且 AIF 对于 PARP1 依赖性细胞死亡是必需的。 N-甲基-N-prime-硝基-N-亚硝基胍、过氧化氢和 NMDA 会诱导 AIF 易位和细胞死亡，这种情况可以通过 PARP 抑制剂或 PARP1 基因敲除来预防，但与半胱天冬酶无关。显微注射 AIF 抗体可防止 PARP1 依赖性细胞毒性。于等人（2002）得出结论，他们的数据支持一个模型，其中 PARP1 激活信号 AIF 从线粒体释放，导致程序性细胞死亡的不依赖于半胱天冬酶的途径。

Nicholson 等人使用来自恶性细胞系的培养人类细胞（1995）证明 PARP 在细胞凋亡开始时被半胱天冬酶-3（CASP3; 600636）蛋白水解裂解，他们将其称为 apopain。此外，他们还表明，抑制 apopain 介导的 PARP 裂解可在体外减弱细胞凋亡。

友田等人（1991）发现，与反应性增殖性疾病相反，恶性淋巴瘤表现出聚（ADP-核糖）合成酶表达增加，如 mRNA 水平所示。

科恩-阿蒙等人（2004）发现聚（ADP-核糖）聚合酶-1 在海兔介导多种形式的长期记忆的神经元中被激活。由于核蛋白的聚（ADP-核糖基）化是几乎所有真核细胞中对 DNA 损伤的反应，因此令人惊讶的是，聚合酶的激活发生在学习过程中，并且是长期记忆所必需的。科恩-阿蒙等人（2004）表明，通过聚（ADP-核糖基）化对染色质结构进行快速、短暂的解缩，能够实现形成长期记忆所需的转录，而不会导致 DNA 链断裂。

瓦斯奎兹等人（2001）将 PARP 基因纳入其增强基因靶向的候选基因列表中。通过同源重组进行基因打靶，由 Smithies 等人开发（1985），托马斯等人（1986）、Thomas 和 Capecchi（1987）已被证明在基因结构和功能研究中具有很高的价值，并为基因治疗应用提供了潜在的工具。限制该技术的一个限制是哺乳动物细胞中的同源重组率较低，而载体 DNA 的随机（非靶向）整合率较高。瓦斯奎兹等人（2001）在目前对重组机制和机制的理解框架内考虑了克服这些限制的可能方法。几项研究表明，通过过度表达或干扰表达，重组蛋白水平的瞬时改变可能能够增加同源重组或减少随机整合。

一些 PARP 定位于脊椎动物细胞中的纺锤体，这表明 PARP 和/或聚（ADP-核糖）（PAR）在纺锤体功能中发挥作用。张等人（2004）表明 PAR 在纺锤体中富集，并且是纺锤体功能所必需的。 PAR水解或扰动导致纺锤体结构快速破坏，纺锤体组装过程中的水解阻止了双极纺锤体的形成。 PAR 表现出与已知纺锤体蛋白不同的定位动态，并且与纺锤体的低周转率一致。因此，Chang 等人（2004）得出结论，PAR 是双极纺锤体组装和功能所需的纺锤体的非蛋白质、非染色体成分。

金等人（2004）描述了 PARP1 的核小体结合特性，可促进紧凑的、转录抑制的染色质结构的形成。 PARP1以特定方式与核小体结合，并通过NAD（+）依赖性自动修饰调节染色质结构，而不修饰核心组蛋白或促进核小体的分解。 PARP1 的自动修饰活性受到核小体的强烈刺激，导致 PARP1 从染色质中释放。 PARP1 的 NAD（+）依赖性活性可被聚（ADP-核糖）糖水解酶（PARG; 603501）逆转，并被 ATP 抑制。在体内，PARP1 的掺入与转录抑制的染色质结构域相关，这些结构域在空间上与组蛋白 H1 抑制的结构域和活跃转录的区域不同。金等人（2004）得出结论，PARP1 既可作为染色质的结构成分，又可通过其内在的酶活性作为染色质结构的调节剂。

帕夫里等人（2005）确定 PARP1 对于 HeLa 细胞中视黄酸（RA）依赖性转录是必需的，并且转录需要 PARP1 与介体复合物的直接相互作用（参见 MED6；602984）。该相互作用不需要 PARP1 的 C 端催化结构域。 Pavri 等人通过小鼠胚胎癌细胞系的染色质免疫沉淀（2005）发现 Parp1 定位于小鼠 Rarb2 基因（RARB; 180220）的 RA 响应启动子。 Parp1 对于介体复合物的激活和 Rarb2 启动子的转录是必需的。帕夫里等人（2005）还发现 Parp1 在 TFIID（参见 313650）和介体与启动子序列结合之前的步骤发挥功能。

布莱恩特等人（2005）表明 PARP 抑制剂触发 γ-H2AX（参见 601772）和 RAD51（179617）病灶形成。他们提出，在没有 PARP1 的情况下，自发的单链断裂会破坏复制叉并触发同源重组进行修复。此外，布莱恩特等人（2005）表明，BRCA2（600185）缺陷细胞由于同源重组缺陷而对 PARP 抑制剂非常敏感，大概是因为由此产生的折叠复制叉不再被修复。因此，PARP1 活性在同源重组缺陷的 BRCA2 突变细胞中至关重要。布莱恩特等人（2005）利用这一要求，仅通过 PARP 抑制来杀死 BRCA2 缺陷型肿瘤。 PARP 抑制剂的治疗可能具有高度肿瘤特异性，因为只有 BRCA2 杂合子患者的肿瘤（BRCA2 缺失）存在同源重组缺陷。布莱恩特等人（2005）得出的结论是，在没有外源 DNA 损伤剂的情况下，单独使用 DNA 修复酶抑制剂来选择性杀死肿瘤，代表了癌症治疗的新概念。

法默等人（2005）表明，BRCA1（113705）或 BRCA2 功能障碍出乎意料地使细胞对 PARP 酶活性的抑制更加敏感，导致染色体不稳定、细胞周期停滞和随后的细胞凋亡。这似乎是因为 PARP 的抑制导致通常通过同源重组修复的 DNA 损伤持续存在。法默等人（2005）得出的结论是，他们的结果说明了不同途径如何合作修复损伤，并表明对特定 DNA 修复途径的靶向抑制可能有助于设计特异性且毒性较小的癌症疗法。

安德拉比等人（2006）和Yu等人（2006）证明 PARP1 活性的产物聚（ADP-核糖）（PAR）聚合物可介导 PARP1 诱导的细胞死亡。安德拉比等人（2006）表明，单独的 PAR 聚合物可以以不依赖半胱天冬酶和 Parp1 的方式诱导原代小鼠皮质神经元细胞死亡。 PAR 糖水解酶（PARG; 603501）或磷酸二酯酶-1（参见 PDE1A, 171890）对 PAR 聚合物的降解可防止 PAR 聚合物诱导的培养神经元细胞死亡，并且小鼠中 Parg 表达的增加可减少大脑中动脉闭塞后缺血引起的损伤。于等人（2006）表明PAR聚合物是细胞死亡信号，诱导线粒体小鼠皮层神经元释放Aif并诱导其易位至细胞核。他们还表明 Parg 阻止了 Parp1 依赖性 Aif 的释放。此外，Aif水平降低的细胞能够抵抗Parp1依赖性细胞死亡和PAR聚合物细胞毒性。

细胞凋亡控制大脑发育过程中神经元的最终数量。绿川等人（2006）发现小鼠 Kif4（300521）（一种基于微管的分子马达）通过直接与 Parp1 相互作用来调节幼年神经元的凋亡。 Kif4 的 C 末端结构域抑制 Parp1 酶活性。当神经元受到膜去极化刺激时，Camk2（参见 114078）介导的钙信号传导诱导 Kif4 从 Parp1 解离，导致 Parp1 活性上调，从而支持神经元存活。与Parp1解离后，Kif4从细胞核进入细胞质，并以微管依赖性方式移动到神经突远端。绿川等人（2006）得出结论，KIF4 通过调节大脑发育中的 PARP1 活性来控制有丝分裂后神经元的活动依赖性存活。

克里希纳库玛等人（2008）使用基因组和基因特异性方法表明，组蛋白 H1 和 PARP1 这 2 个因子在许多 RNA 聚合酶 II 转录启动子上表现出染色质结合的相互模式。在这些启动子处，PARP1 被富集，而 H1 被耗尽。这种结合模式与活跃转录的基因有关。此外，克里希纳库玛等人（2008）表明 PARP1 的作用是将 H1 从 PARP1 刺激的启动子子集中排除，这表明 PARP1 和 H1 在核小体结合水平上存在功能相互作用。因此，克里希纳库玛等人（2008）的结论是，尽管 H1 和 PARP1 具有相似的核小体结合特性以及对体外染色质结构的影响，但它们在体内决定基因表达方面具有不同的作用。

“综合杀伤力”作为癌症的治疗是指其中肿瘤细胞死亡由2个其他非致命事件的致命协同作用导致的事件。冯等人（2009）使用该模型用 PARP 抑制剂治疗肿瘤抑制基因 BRCA1（113705）或 BRCA2（600185）纯合缺失的乳腺癌细胞，从而诱导选择性肿瘤细胞毒性并保留正常细胞。该方法旨在抑制同源重组双链 DNA 修复缺陷的细胞中 PARP 介导的单链 DNA 修复，从而导致未修复的 DNA 断裂、DNA 缺陷的积累和细胞死亡。杂合 BRCA 突变细胞保留同源重组功能，并且不受 PARP 抑制的影响。在体外，BRCA1 缺陷和 BRCA2 缺陷细胞对 PARP 抑制的敏感性比野生型细胞高 1,000 倍，并且在 BRCA2 缺陷异种移植物中也证明了肿瘤生长抑制。冯等人（2009）报告了一项口服活性 PARP 抑制剂奥拉帕尼（AZD2281 或 KU-0059436）在 60 名主要患有乳腺癌或卵巢癌的患者（612555; 604370）中进行的 1 期临床试验，其中包括 22 名 BRCA 突变携带者和 1 名可能突变的患者携带者但拒绝基因检测。仅在已确认的 BRCA1 或 BRCA2 突变携带者中观察到持久的客观抗肿瘤活性；在没有已知 BRCA 突变的患者中没有观察到客观的抗肿瘤反应。 19 名患有卵巢癌、乳腺癌或前列腺癌的 BRCA 携带者中，有 12 名（63%）显示出奥拉帕尼治疗的临床获益，具有放射学或肿瘤标志物反应或有意义的疾病稳定。该药物具有可接受的副作用，并且没有传统化疗常见的毒性作用。冯等人（2009）得出结论，PARP 抑制在 BRCA 突变携带者中具有抗肿瘤活性。

在遭受氧化应激的哺乳动物细胞中，Mao 等人（2011）表明，SIRT6（606211）被招募到 DNA 双链断裂位点，并通过非同源末端连接和同源重组刺激双链断裂修复。毛等人（2011）得出的结论是，他们的结果表明 SIRT6 与 PARP1 物理结合，并在赖氨酸残基 521 上单 ADP-核糖基化 PARP1，从而刺激 PARP1 聚 ADP-核糖基酶活性并增强氧化应激下的双链断裂修复。

多吉等人（2012）描述了体细胞重编程的早期和关键阶段，在内源多能性基因座（如 NANOG（607937）和 ESRRB（602167））转录诱导之前。使用多能因子 OCT4（164177）、SOX2（184429）、KLF4（602253）和 MYC（190080）（统称为 OSKM）转导后第 4 天，诱导多能干细胞（iPSC）生成所需的 2 个表观遗传修饰因子，即 PARP1 和 TET2（612839），被招募到 NANOG 和 ESRRB 基因座。这些表观遗传修饰因子似乎在体细胞重编程过程中早期表观遗传标记的建立中具有互补作用：PARP1 在调节 5-甲基胞嘧啶（5mC）修饰中发挥作用，而 TET2 对于 5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）的早期生成至关重要5mC氧化。尽管在某些情况下 5hmC 被提议主要作为 5mC 去甲基化为胞嘧啶的中间体，Doege 等人（2012）得出的结论是，他们的数据以及 TET2 突变人类肿瘤细胞的研究都支持 5hmC 作为不同于 5mC 的表观遗传标记的作用。与此一致的是，PARP1 和 TET2 都是早期建立组蛋白修饰所必需的，这些修饰代表多能性位点处激活的染色质状态，而 PARP1 诱导进一步促进了 OCT4 重编程因子的可及性。多吉等人（2012）得出的结论是，他们的发现表明 PARP1 和 TET2 有助于表观遗传程序，在体细胞重编程过程中指导多能性基因座的后续转录诱导。

Sajish 和 Schimmel（2015）表明，白藜芦醇通过与 TYRRS（603623）的活性位点结合，消除其催化活性，并将 TYRRS 重定向至核功能，刺激 PARP1 的 NAD（+）依赖性自动多聚 ADP 核糖基化。关键应激信号通路的下游激活与 TYRRS-PARP1-NAD+ 协作有因果关系。这种合作也在小鼠身上得到了证实，并且在体内被白藜芦醇取代的酪氨酰腺苷酸类似物特异性阻断。 Sajish 和 Schimmel（2015）得出的结论是，与通过消融活性位点的选择性剪接事件产生的功能多样的 tRNA 合成酶催化无效相比，非剪接的 TYRRS 催化无效揭示了一种新的 PARP1 和 NAD（+）依赖的生理机制维度白藜芦醇。

吉布斯-西摩等人（2016）发现 HPF1（616614）与 PARP1 相互作用，与 PARP2（607725）相互作用更弱。 HPF1 被招募到激光照射的 U2OS 细胞中的 DNA 损伤处，其方式需要 PARP1，但不需要 PARP1 催化活性。通过 CRISPR/Cas9 敲低 293T 细胞中的 HPF1 并没有改变 PARP1 向 DNA 损伤位点的募集，但它提高了 PARP1 自动 ADP 核糖基化并减少了组蛋白 ADP 核糖基化。 PARP1 催化活性的抑制将 PARP1 和 HPF1 捕获在 DNA 损伤位点。突变分析表明，PARP1的催化结构域与HPF1的C端结构域相互作用，并且HPF1的tyr238和arg239是相互作用所必需的。吉布斯-西摩等人（2016）得出结论，HPF1 调节 PARP1 活性，以最大化核心组蛋白的 ADP 核糖基化并限制 PARP1 自动 ADP 核糖基化。

Gibson 等人使用人类细胞系（2016）发现 PARP1 与 ADP 核糖基化 NELFE（RDBP; 154040）相互作用，NELFE 是负延伸因子（NELF）复合物的一个亚基，可通过 RNA Pol II 促进启动子近端暂停。 NELFA 亚基（WHSC2；606026）也被 ADP 核糖基化。 NELFE 的 ADP 核糖基化消除了 NELF 结合 RNA 的能力，并从 NELF 依赖性暂停中释放 Pol II。人类细胞系中 PARP1 的耗尽或抑制，或 NELFE 上 ADP 核糖基化位点的突变，都会促进 Pol II 暂停。 NELFE 的 ADP-核糖基化依赖于 PTEFB 之前对 NELFE 的磷酸化（参见 603251）。吉布森等人（2016）得出结论，磷酸化 NELFE 的 PARP1 依赖性 ADP 核糖基化对于有效释放 Pol II 进入生产性伸长是必要的。

李等人（2017）表明DBC1（607359）结合并抑制PARP1，并且通过NAD+（氧化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）与DBC1的Nudix水解酶（600312）同源结构域（NHD）的结合可以消除DBC1对PARP1的抑制。作者发现，随着小鼠年龄的增长和 NAD+ 浓度的下降，DBC1 越来越多地与 PARP1 结合，导致 DNA 损伤累积，这一过程通过恢复 NAD+ 的丰度而迅速逆转。李等人（2017）得出的结论是，NAD+ 直接调节蛋白质-蛋白质相互作用，其调节可以预防癌症、辐射和衰老。

玛雅-门多萨等人（2018）表明，抑制 PARP 会增加叉伸长的速度，并且不会导致叉失速，这与 PARP 抑制剂引起叉失速和塌陷的公认模型相反。分叉进展异常加速超过正常速度 40% 会导致 DNA 损伤。参与起源激发的 treslin（TICRR; 613298）或 MTBP（605927）蛋白的耗尽也会使分叉速度增加到耐受阈值以上，并诱导 DNA 损伤反应途径。从机制上讲，玛雅-门多萨等人（2018）表明聚（ADP-核糖基）化（PARylation）和 PCNA（176740）相互作用子 p21Cip1（p21; 116899）是分叉进展的关键调节剂。 PARylation 和 p21 在由 PARP1 和 p53（191170）蛋白协调的协调调控网络中充当分叉速度的抑制剂。此外，在分叉水平，PARylation 充当复制压力的传感器。在 PARP 抑制期间，诱导分叉停滞并通常被解决或修复的 DNA 损伤仍然无法被复制机制识别。玛雅-门多萨等人（2018）的结论是，加速复制叉进展代表了触发复制应激和 DNA 损伤反应的一般机制。

Zimmermann 等人使用 CRISPR 筛选来识别介导细胞对奥拉帕尼（一种临床批准的 PARP 抑制剂）耐药性的基因和途径（2018）鉴定了一组高可信度的 73 个基因，这些基因突变时会导致对 PARP 抑制剂的敏感性增加。除了与同源重组相关的基因的预期富集之外，Zimmermann 等人（2018）发现编码核糖核酸酶 H2 的所有 3 个基因（RNASEH2A，606034；RNASEH2B，610326；和 RNASEH2C，610330）的突变使细胞对 PARP 抑制敏感，并确定了核糖核酸酶 H2 缺陷细胞对 PARP 抑制剂过敏的根本原因是受损的核糖核苷酸切除修复。嵌入的核糖核苷酸在核糖核苷酸切除修复缺陷的细胞基因组中含量丰富，是拓扑异构酶 1（126420）裂解的底物，导致 PARP 捕获损伤，阻碍 DNA 复制并危及基因组完整性。齐默尔曼等人（2018）得出的结论是，基因组核糖核苷酸是迄今为止未被认识到的 PARP 捕获 DNA 损伤的来源，并且转移性前列腺癌和慢性淋巴细胞白血病中 RNASEH2B 的频繁缺失可能提供了在治疗上利用这些发现的机会。

卡姆等人（2018）发现病理性 α-突触核蛋白（163890）激活 PARP1，多聚 ADP-核糖（PAR）的生成加速病理性 α-突触核蛋白的形成，通过 parthanatos 导致细胞死亡。 PARP 抑制剂或 PARP1 基因缺失可预防病理性 α-突触核蛋白毒性。在前馈循环中，PAR 将病理性 α-突触核蛋白转化为毒性更强的菌株。帕金森病患者的脑脊液和大脑中 PAR 水平升高（168601），表明 PARP 激活在帕金森病发病机制中发挥作用。

▼ 测绘

麦克布莱德等人（1987）得出结论，超过 15 至 20 kb 的大型功能性 PARP 基因位于染色体 1q 上，并且 13 号和 14 号染色体上的序列很可能代表加工过的假基因。这些定位是通过探测体细胞杂交组的 DNA 来实现的。

赫尔佐格等人（1988）克隆了ADPRT的cDNA并通过原位杂交将该基因定位于1q21-q22。赫尔佐格等人（1989）通过原位杂交将ADPRT基因定位到1q41-q42。 Zabel 等人使用高分辨率原位杂交技术（1989）将 PPOL 本地化为 1q41-q42。在所使用的条件下，只能检测到 1 个额外的杂交位点 14q22；这可能代表了一个先前已被识别并称为 ADPRTP2 的假基因。通过非同位素原位杂交，Baumgartner 等人（1992）证实功能基因定位于 1q42。另外两个杂交峰，一个位于 13q34，一个位于 14q24，表明了假基因的位置。

PARP假基因

Bhatia 等人研究了经过处理的假基因或与 ADPRT 基因具有广泛同一性的基因（1990），他将其对应到 13q33-qter。该基因的多态性缺失在黑人中出现的频率是白人的 3 倍。巴蒂亚等人（1990）表明这种缺失可能是多种恶性肿瘤的诱发因素。

林恩等人（1993）研究了 13q34 上该基因的 2 等位基因（A/B）多态性。在患有多发性骨髓瘤（254500）、前列腺癌（176807）和结肠癌（114500）的黑人种系 DNA 中发现 B 等位基因频率升高。他们发现A等位基因与1q42编码的PPOL cDNA具有密切的序列相似性（91.8%）并且无内含子，这表明13q上的基因是经过加工的假基因。他们提供的数据表明，多态性反映了加工后的假基因序列内的 193 bp 重复，而缺乏该重复区域是 B 基因型的特征。多尔等人（1996）证实了美国黑人的前列腺癌与 13 号染色体上的假基因位点（用 PADPRP 表示）的等位基因之间的关联。13q33-q34 区域的两个基因被视为前列腺癌的潜在候选基因：ERCC5（133530）和 RAP2A（179540）。

▼ 基因结构

奥尔等人（1989）证明 PARP 基因长 43 kb，分为 23 个外显子。

▼ 生化特征

晶体结构

兰格利尔等人（2012）报道了与激活所必需的人类 PARP1 结构域（Zn1、Zn3、WGR-CAT）复合物中 DNA 双链断裂的晶体结构。 PARP1 作为单体与 DNA 结合，与 DNA 损伤的相互作用将 PARP1 结构域组织成折叠构象，这可以解释对自动修饰的强烈偏好。 Zn1、Zn3 和 WGR 结构域共同与 DNA 结合，形成将 DNA 损伤界面与催化结构域（CAT）连接起来的结构域间接触网络。 DNA 损伤诱导的 PARP1 构象会导致结构扭曲，从而破坏 CAT 的稳定性。兰格利尔等人（2012）得出结论，CAT 蛋白动态的增加是 PARP1 的 DNA 依赖性激活机制的基础。

苏斯基维奇等人（2020）将 HPF1（616614）的晶体结构解析至 2.1 埃分辨率。他们报道了 HPF1 与 PARP2（607725）催化结构域结合的共结构，结合 NMR 和生化数据，揭示了由 HPF1 和 PARP1 或 PARP2 的残基形成的复合活性位点。该催化中心的组装对于人类细胞 DNA 损伤后添加 ADP-核糖部分至关重要。为了响应 DNA 损伤和 NAD（+）结合位点的占据，在 PARP 蛋白内运行的变构网络增强了 HPF1 与 PARP1 或 PARP2 的相互作用，从而在诱导 DNA 损伤方面提供了额外的调节水平回复。

混合生物物理方法

赞达拉什维利等人（2020）使用氢/氘交换质谱（HXMS）结合 X 射线结构和一系列生化测定来探究 PARP 抑制剂与参与 DNA 损伤位点的 PARP1 结合的分子影响。这些实验表明，PARP1 的关键变构调节结构域（螺旋结构域）受到不同方式的影响，具体取决于参与螺旋结构域附近的 NAD（+）结合位点的特定 PARP 抑制剂。某些PARP抑制剂使特定螺旋结构域区域不稳定，一些对螺旋结构域没有影响，而另一些实际上稳定了螺旋结构域的区域。破坏螺旋结构域稳定性的 PARP 抑制剂增加了 PARP1 对 DNA 的亲和力，并在 DNA 断裂时保留了 PARP1。赞达拉什维利等人（2020）然后将 PARP 抑制剂分为 3 种类型：I 型，DNA 变构保留； II 型，非变构； III 型，DNA 变构促释放。他们发现，I 型 PARP 抑制剂与螺旋 α-F 接触，引发变构链式反应，该反应通过多域 PARP1 分子遗传约 40 埃，最终导致 DNA 结合亲和力增加。赞达拉什维利等人（2020）的结论是，他们的研究提供了分子理解和适当的工具集，以创建和评估可调谐 PARP 抑制剂的临床应用，其中 PARP1 捕获和相关的细胞毒性在特定患者中是理想的或不理想的。

▼ 动物模型

链脲佐菌素（STZ）选择性破坏胰腺中产生胰岛素的 β 胰岛细胞，提供 I 型糖尿病模型（参见 222100）。 PARP 是一种核酶，其因 DNA 链断裂而过度激活，会耗尽其底物 NAD+，然后耗尽 ATP，导致细胞因能量耗尽而死亡。皮珀等人（1999）证明了 STZ 治疗小鼠胰岛中的 DNA 损伤和 PARP 的主要激活。这些小鼠的血糖增加了 5 倍，并且胰岛受到严重损害。在 Parp 纯合靶向缺失的小鼠中，血糖和胰岛结构均正常，表明几乎完全免受 STZ 糖尿病的影响。部分保护发生在杂合动物中。因此，PARP 激活可能参与 I 型糖尿病的病理生理学，而 PARP 抑制剂可能提供治疗益处。

d'Adda di Fagagna 等人使用两种不同的技术（1999）表明，与野生型小鼠相比，缺乏 PARP 的小鼠表现出端粒缩短。在不同的遗传背景以及胚胎和成年小鼠的不同组织中都观察到端粒缩短。然而，Adprt1 -/- 小鼠成纤维细胞的体外端粒酶活性并未改变。此外，小鼠胚胎成纤维细胞的细胞遗传学分析表明，PARP的缺乏与严重的染色体不稳定有关，其特征是染色体融合和非整倍性频率增加。 PARP 的缺失不会影响自然存在于端粒末端的单链突出端的存在。因此，这项研究揭示了 PARP 在端粒长度调节中意想不到的作用，并深入了解其在维持基因组完整性方面的功能。

PARP 的耗竭会增加暴露于基因毒性剂的细胞中重组、基因扩增、姐妹染色单体交换和微核形成的频率，这表明 PARP 有助于维持基因组稳定性。通过流式细胞术分析，Simbulan-Rosenthal 等人（1999）证明了来自 PARP -/- 小鼠的永生化成纤维细胞中不稳定的四倍体群体。其他区域也有部分染色体增加。在用 PARP cDNA 稳定转染的 PARP -/- 细胞中，染色体增益和四倍体群体均不明显，表明在重新引入 PARP cDNA 后，具有这些遗传改变的细胞被阴性选择。这些结果表明 PARP 参与维持基因组稳定性。

在果蝇幼虫唾液腺中，类固醇反应和应激激活基因（例如 Hsp70（参见 140550））会发生膨化，这是与基因诱导相关的多线染色质结构的局部松弛。 Tulin 和 Spradling（2003）发现泡芙中 ADP-核糖修饰蛋白的水平升高，并且在热暴露后需要 PARP 来产生正常大小的泡芙和正常量的 Hsp70。 Tulin 和 Spradling（2003）提出，染色体 PARP 分子会被发育或环境因素激活，并将附近的染色质蛋白从 DNA 上剥离，从而产生一股烟雾。这种局部松弛可能会促进转录，并可能暂时使蛋白质复合物更容易被修饰，从而促进发育过程中的染色质重塑。

为了了解 PARP1 裂解的生物学意义，Petrilli 等人（2004）建立了 PARP1 敲入小鼠模型，其中 PARP1 的半胱天冬酶切割位点 DEVD（214）发生突变，使该蛋白在细胞凋亡过程中对半胱天冬酶具有抗性。 Parp1敲入小鼠对内毒素休克以及肠和肾缺血/再灌注具有高度抵抗力，这与由于特定炎症介质的产生受损而导致靶组织和细胞中炎症反应的减少有关。尽管核因子 kappa-B（参见 164011）与 DNA 正常结合，但 NFKB 介导的转录活性在半胱天冬酶抗性 PARP1 存在的情况下受到损害。佩特里利等人（2004）得出结论，PARP1 裂解事件在生理上与体内炎症反应的调节相关。

使用流式细胞术分析，Ambrose 等人（2008）证明 Parp1 -/- 小鼠中 T 细胞和正常 B 细胞数量增加。由于 IgG2a 水平降低以及 IgA 和 IgG2b 水平升高，基础 Ig 水平异常。 T 细胞依赖性抗体反应减少，但 T 细胞非依赖性抗体反应正常。在体外，活化的 Parp1 -/- B 细胞正常增殖和分泌 IgM，但它们表现出向 IgG2a 转换的减少和 IgA 分泌的增加。安布罗斯等人（2008）得出结论，PARP1 在正常 T 细胞依赖性抗体反应和同种型表达调节中具有重要作用。

沃纳综合征（WS; 277700）是一种罕见疾病，其特征是许多与年龄相关的疾病过早发病，由 RECQL2（604611）基因突变引起，该基因被认为参与转录、复制的不同方面和/或 DNA 修复。 PARP1 还参与 DNA 修复，并且已知会影响多个基因的转录。德舍尼斯等人（2005）使用微阵列和 RT-PCR 分析检查了缺乏 Recql2 和 Parp1 的小鼠胚胎细胞的表达谱。所有突变细胞都表现出通常响应氧化应激的基因表达的改变。在双突变小鼠细胞中发现的超过 50% 的失调基因在仅具有 Recql2 或 Parp1 突变的小鼠细胞中并未发生改变。当 Recql2 和 Parp1 都发生突变时，对基因表达谱的影响大于单个突变基因型的简单相加。此外，双突变培养的小鼠细胞显示出与细胞凋亡、细胞周期控制、胚胎发育、代谢和信号转导相关的基因的严重失调。双突变小鼠胚胎表现出细胞凋亡增加和发育缺陷，子宫内存活率降低。与野生型相比，存活的成年双突变小鼠表现出高水平的活性氧（ROS）和DNA氧化损伤，并且心脏和肝脏的细胞内蛋白质磷酸化增加。

Nasta 等人通过流式细胞术分析 Parp1 -/- 小鼠的胸腺、脾脏和淋巴结（2010）检测到 Cd4（186940）阳性/Cd25（IL2RA; 147730）阳性/Foxp3（300292）阳性调节性 T 淋巴细胞（Treg）增加。外周 Tregs 的增加导致 CD4 细胞增殖和 IL2（147680）产生受损，这可以通过消除 Cd25 阳性细胞来恢复。 Parp1 -/- 细胞的 Treg 抑制功能与野生型相当，表明 PARP1 影响 Treg 分化而不是功能。来自 Parp1 -/- 小鼠的幼稚 CD4 细胞表达更高水平的 Foxp3，并且在刺激后将更多细胞转化为 Foxp3 阳性诱导性 Tregs 。 Parp1 缺陷不会影响表达 Rorgt（602943）的 Th17（参见 IL17；603149）细胞的转化。纳斯塔等人（2010）提出免疫反应过程中 PARP1 的调节可能会诱导更多数量的功能性 Tregs。